芬顿氧化法在亚麻制浆污水处理工艺新应用的实践与分析

高宝田

（齐河县人力资源和社会保障局 山东齐河 251100）

1 前言

1893年，化学家芬顿发现，将Fe2+和H2O2按照一定摩尔比例混合后，新产生的混合物在某个pH区间具有强氧化性，可以将绝大多数的有机物彻底氧化为H2O、CO2等无机物，这些有机物包括苯系物、醇类、有机酸类、酯类等。

芬顿氧化核心反应式为：

近年来，芬顿氧化法在禾草制浆废水深度处理方面也有较多应用。但大量的工程表明，如果使用该氧化法将生化工艺出水直接处理至达标，吨水费用较高，其原因是，其一，禾草制浆废水生化处理后出水CODcr仍然较高，一般在450至650mg/L，所以构成芬顿氧化反应所需的H2O2、FeSO4以及辅助化学药剂H2SO4和NaOH的投加量较大；其二，H2O2和NaOH价格较高。

本文以河北邢台某亚麻制浆厂污水处理工程为例，通过对芬顿氧化单元运行方式（工艺位置和投药量）改变前后的效果对比，重点阐述通过改变芬顿氧化处理单元运行方式，同样使处理水达标的实践过程以及相应理论分析。

2 工程背景

该制浆厂以亚麻为原料，采用碱法制浆，生产漂白浆板。废水进入处理设施前，已经进行黑液提取，提取率为85%左右。进入污水处理设施的水量为550t/d。当地环保部门要求该企业将废水CODcr和BOD5处理至200mg/L和50mg/L以下，以及将色度处理至30倍以下后排入市政污水处理系统。原有污水处理设施的主要工艺流程为：

图1 污水处理设施的主要工艺流程

3 芬顿单元运行方式改变前的基本运行状况

3.1 处理原水量 550 t/d

3.2 芬顿氧化单元吨水药剂投加量及费用表

表1 芬顿氧化单元吨水药剂投加量及费用表

3.3 各污染指标去除率表

表2 各污染指标去除率表

4 芬顿氧化单元运行方式改变后效费状况

4.1 处理原水量

550 t/d

4.2 工艺流程的改变

通过管路的调整，将芬顿氧化单元的工艺顺序由原来的工艺末端改变为在UASB反应器之后，UASB反应器出水经过芬顿氧化单元处理后再进入好氧生化池，而不是图1所示UASB出水直接进入好氧生化池。同时芬顿氧化单元的投药种类不变，但投药量大幅度降低。

图2 芬顿氧化单元运行流程图

4.3 芬顿氧化单元吨水药剂投加量的改变及费用表

表3 芬顿氧化单元吨水药剂投加量的改变及费用表

4.4 各污染指标去除率

表4 各污染指标去除率

5 数据说明及理论分析

5.1 数据说明

5.1.1 芬顿氧化单元运行方式改变前后，该单元及整个系统处理水量均为550t/d。

5.1.2 表4显示，芬顿氧化单元的运行方式，即工艺位置和投药量改变后，好氧生化系统处理水仍然能够达到当地政府部门要求进行排放。

5.1.3 表2显示，芬顿氧化单元工艺位置改变前，好氧生化池进水的B/C，即BOD5与CODcr的比值为20%～26%；而表4显示，芬顿氧化单元工艺位置改变后（变为放置在UASB与好氧生化池之间，直接处理UASB出水），好氧生化池进水的B/C为47%～49%。

5.1.4 表3与表4对比显示，芬顿氧化单元工艺位置改变前后，好氧生化池进水的CODcr浓度变化不大，但芬顿氧化单元工艺位置改变后，好氧生化池进水的B/C大幅度提升。

5.1.5 表1和表3对比显示，芬顿氧化单元的运行方式改变后，在达到同样处理效果的前提下，其投药量大幅度降低，使该单元本身吨水运行费用由原来的4.74元降至2.26元，同时未增加污水处理设施其它运行费用，经济效益非常显著。

5.2 理论分析

芬顿氧化单元由直接处理好氧生化系统出水至达标排放，改变为：该单元放置在UASB反应器之后，UASB反应器出水经过芬顿氧化单元处理后再进入好氧生化池。这是在保证废水达到当地排放要求的前提下，使投药量降低，节省运行费用的关键工艺措施。

其根本机理是：UASB反应器出水经过芬顿氧化单元低药量处理后，B/C大幅上升，为好氧生化池生化反应提供了必要条件，在其它诸如曝气、水力停留时间等运行因素不变的情况下，挖潜了微生物对有机物的降解潜能。

废水B/C代表指废水生化处理的难易程度，此值越高，说明废水越容易进行生化处理。一般认为，B/C大于0.3的废水为易生化废水。

制浆废水含有较多难以生化的物质，其中木质素占绝对比重。木质素为芳香性高聚物，含有大量苯环。苯环非常稳定，生化处理时，微生物难以将其开环，并且在检测中能够表现为较高的CODcr。如果能将木质素所含有的苯环的C=C键和C—C键打开，使之成为直链分子，木质素就会变为易于生化降解的新物质，表现为废水B/C大幅度上升。此时，好氧生化处理单元会很容易使其分解为水和二氧化碳等物质，从而去除其体现的CODcr，使废水达标。

目前，以芬顿氧化为代表的高级氧化法是去除芳香性高聚物的有效途径之一。一般的做法是，使用芬顿氧化单元对好氧生化后的处理水直接处理，并至达标排放，而不考虑通过提升进入好氧生化单元废水的B/C，以及和好氧生化协同联合的方式实现达标排放，从而致使吨水运行费用很高。

但本工程的改进恰恰旨在通过芬顿氧化单元仅将木质素等难降解物质分子所含苯环打开，以提高进入好氧生化处理废水的B/C，进而在协同好氧生化处理，使废水达到排放要求。

对于仅仅提升B/C而言，芬顿氧化单元并不像直接处理好氧生化池出水那样，需要太多的药剂。以木质素为例，如果将其全部去除，需用芬顿氧化单元药剂将其所含的所有碳氢等原子全部转化为二氧化碳和水等，药剂消耗量很大。但是如果仅将其开环提升B/C，则只需少量药剂即可。

6 结语

该厂污水处理工程改变芬顿氧化单元运行方式的实际运行结果表明：该单元在投药量较低的情况下，能够使进入好氧生化单元废水的B/C得到大幅度提高，同时在好氧生化单元的协同作用下，能够使废水按照要求排放。本文认为此种方案是可行的，有一定的示范意义。

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